Как защититься от коррозии металла

N+1Наука

За нами не заржавеет

Как защититься от коррозии металла

Наталья Самойлова

Коррозии подвластно все: от велосипеда, который вы оставили под дождем, до мостов, самолетов и нефтяных танкеров. Нередко она становится причиной страшных аварий, а на борьбу с ее последствиями человечество каждый год тратит 3,4 процента ВВП. Вместе с Уральским федеральным университетом (УрФУ) разбираемся, с чего начинается процесс коррозии, почему нельзя сажать медную обшивку на железные гвозди и как нам могут помочь бактерии и 3D-печать.

Медь, железо и гады морские

В 1761 году сотрудники Британского адмиралтейства решились на смелый эксперимент: покрыть деревянное судно медной обшивкой. Предполагалось, что она защитит корпус и днище от моллюсков, которые нарастали вокруг киля и тормозили движение судна. Некоторые разновидности этих беспозвоночных даже протачивали деревянные доски. Медь должна была уберечь деревянный корпус, а ее уже известные к тому моменту токсические свойства — не дать моллюскам прицепиться сверху.

Полем для экспериментов стал новый 32-пушечный фрегат Alarm, спущенный на воду в 1758 году. Обшивку сделали из тонких медных листов, которые закрепили на дереве с помощью железных гвоздей. После этого Alarm снова отправился в плавание. Когда спустя два года фрегат вытащили на берег и тщательно осмотрели, выяснилось, что медная обшивка выполнила свою задачу на отлично. Деревянный корпус фрегата почти не пострадал, а слой моллюсков, наросший вокруг киля, был совсем небольшим. Но вот сама обшивка оказалась не в лучшем состоянии и местами уже буквально отваливалась — и все из-за железных гвоздей, некоторые из которых проржавели насквозь.

Инженеры, которые осматривали корабль, удивились: железные гвозди и другие детали до этого уже использовали в кораблестроении, но никогда они не выходили из строя так быстро. Более детальный осмотр выявил еще один удивительный факт: сильнее всего пострадали гвозди, которые находились с медью в непосредственном контакте, а те, что были изолированы деревом или вощеной бумагой, сохранились лучше.

Аlarm сражается против двух испанских судов. Битва происходила в 1762 году — как раз во время эксперимента с медной обшивкой. Dominic Serres / Capture of the Spanish ships Thetis and Phenix by the Alarm in the West Indies

Сотрудники Адмиралтейства сделали вывод, что медь можно использовать для защиты судов, но между слоями железа и меди необходимо делать изолирующие прокладки. Эта история — один из первых изученных и описанных в литературе случаев электрохимической коррозии металлов.

Что такое коррозия

Коррозией называют разрушение металла в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Науке известно множество видов коррозии, и все они начинаются по-разному.

Самый простой вариант коррозии — химическое окисление. В воздухе содержится 21 процент кислорода, который является сильным окислителем и всегда готов вступить в реакцию с металлами, превращая их в соответствующие оксиды. Чтобы оценить принципиальную возможность и скорость этого процесса, нужно учесть активность конкретного металла, давление кислорода и температуру.

Самые активные щелочные металлы — литий, натрий и другие — мгновенно вступают в бурную реакцию с кислородом, поэтому в лабораториях их хранят под слоем керосина. Благородные металлы, например золото и платина, не окисляются даже при самых высоких температурах. Платиновые тигли можно использовать для проведения термогравиметрического анализа при температурах вплоть до 1600 градусов Цельсия.

Остальные металлы располагаются где-то между этими крайними случаями. Например, железо (Fe) начинает активно реагировать с кислородом воздуха при температуре выше 200 градусов Цельсия, а без нагревания реакция идет медленно. Слой оксида, появившийся на поверхности металла, дополнительно ее замедляет: новым молекулам кислорода становится труднее добраться до поверхности металла. Поэтому в сухом воздухе конструкции из железа и близких по активности металлов сохраняются достаточно хорошо.

Но все меняется, когда в дело вступает вода.

Просто добавь воды

Как правило, на металлических конструкциях встречаются детали, выполненные из другого металла или сплава, например заклепки и сочленения. Во время погружения в воду место контакта двух металлов работает как гальванический элемент, то есть химический источник электрического тока. Никакие провода для этого не требуются — точнее, проводником выступает вся металлическая конструкция. Более активный (с более низким электродным восстановительным потенциалом) металл становится «анодом»: он передает часть электронной плотности другому металлу, а сам начинает растворяться, переходя в состояние катиона. Менее активный металл выступает в роли «катода»: полученные электроны на нем используются для восстановления кислорода.

Затем два новых иона, катион металла и кислородсодержащий анион, соединяются и образуют гидроксид или оксид. Второй металл, как правило, в химические превращения не вступает и остается только проводником электронов. При этом образующийся оксид постоянно находится в контакте с жидкостью. Вода с растворенным кислородом может проникать под слой оксида и взаимодействовать с ним, и тогда реакция продолжается. Как раз такой процесс и произошел в обшивке фрегата Alarm: катодом стала медь, а анодом — железные гвозди.

Нежелательный гальванический элемент может образоваться и на однородной металлической конструкции — возле дефекта, шероховатости или загрязнения. Все подобные процессы относятся к электрохимической коррозии.

Если металл взаимодействует с растворами кислот, коррозия происходит еще быстрее. В этом случае необязательно, чтобы разные металлы соседствовали друг с другом: металл может вступить в окислительно-восстановительную реакцию с катионами водорода H

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Глубоководная добыча полезных ископаемых заглушит биологически важные звуки Глубоководная добыча полезных ископаемых заглушит биологически важные звуки

Как шум от разработки морского дна мешает коммуникации морских обитателей

N+1
Поучиться у Жюля Верна и Гибсона: где обитают самые фантастические идеи для бизнеса Поучиться у Жюля Верна и Гибсона: где обитают самые фантастические идеи для бизнеса

Почему научфан полезно читать всем и какие технологии ждут нас завтра

Forbes
Потепление обрекло гренландских китов на отравление водорослевыми токсинами Потепление обрекло гренландских китов на отравление водорослевыми токсинами

Во время аномального тепла динофлагелляты массово прорастают из цист китов

N+1
Люди с врожденными болезнями, над которыми смеялись тысячи зрителей: печальная история «девочки-верблюда» Люди с врожденными болезнями, над которыми смеялись тысячи зрителей: печальная история «девочки-верблюда»

Элла Харпер получила прозвище «девочка-верблюд» из-за необычного строения ног

ТехИнсайдер
Что такое калланетика и помогает ли она похудеть: 9 упражнений Что такое калланетика и помогает ли она похудеть: 9 упражнений

Эффективный комплекс упражнений для укрепления мышц, которые можно делать дома

РБК
Как избавиться от отеков? 6 эффективных лайфхаков Как избавиться от отеков? 6 эффективных лайфхаков

Как убрать лишнюю воду из организма и перестать отекать

Правила жизни
Сладкие эксперименты Сладкие эксперименты

В конфете одинаково важны и вкус, и внешний вид

Bones
В главных ролях В главных ролях

Светлана Ходченкова – о ролях, велоспорте, днях рождения и новогодних чудесах

VOICE
Какие алкогольные напитки пили в СССР на Новый год? Какие алкогольные напитки пили в СССР на Новый год?

Что стояло на столах в советский Новый год

ТехИнсайдер
Изменит ли новая технология двигателей космическую индустрию Изменит ли новая технология двигателей космическую индустрию

Инженеры работают над принципиально новым двигателем для космических аппаратов

Forbes
Как выбрать лучшее место для тату на теле: топ-советы от опытных тату-художников Как выбрать лучшее место для тату на теле: топ-советы от опытных тату-художников

Уже давно задумываешься об украшении тела татуировкой?

VOICE
Он протыкал себя шпагами, ел иголки и умер в трансе. Странная история голландского артиста Он протыкал себя шпагами, ел иголки и умер в трансе. Странная история голландского артиста

Жажда славы и самореализации приводят людей в разные сферы

ТехИнсайдер
Как представить нового партнера детям: главные правила Как представить нового партнера детям: главные правила

Бояться познакомить детей со своим новым партнера — это нормально

Psychologies
Секреты красоты, которым больше тысячи лет: как ухаживают за лицом в разных странах Секреты красоты, которым больше тысячи лет: как ухаживают за лицом в разных странах

У каждого народа — свои секреты красоты, которые используют уже многие поколения

VOICE
«Его фильмы дотягиваются до разных людей»: Федор Балабанов — об отце и его творчестве «Его фильмы дотягиваются до разных людей»: Федор Балабанов — об отце и его творчестве

Сын Алексея Балабанова — о том, почему он так любит Питер и как подбирал музыку

Forbes
Арт-мир, собранный в сумку Арт-мир, собранный в сумку

Новый этап проекта Dior Lady Art

Weekend
Проект HMMWV и его аутсайдеры Проект HMMWV и его аутсайдеры

Идея создания HMMWV появилась в самом начале 1970-х годов

4x4 Club
Энергия под контролем Энергия под контролем

Водородная и альтернативная энергетика а также её защита

Наука
Rasa: «Музыка — единственная вещь в жизни, которая приносит нам колоссальное удовольствие» Rasa: «Музыка — единственная вещь в жизни, которая приносит нам колоссальное удовольствие»

Даша и Витя Rasa начали громко и продолжили не менее круто

ЖАРА Magazine
5 человек, в чье существование невозможно поверить: вы поразитесь! 5 человек, в чье существование невозможно поверить: вы поразитесь!

Человеческое тело способно на невероятные вещи

ТехИнсайдер
Как вычислить психологического абьюзера в начале отношений: 6 признаков Как вычислить психологического абьюзера в начале отношений: 6 признаков

На что нас «ловит» абьюзер? И как его вычислить, пока не поздно?

Psychologies
Как развестись с мужем-нарциссом: 4 правила расставания — обязательно запомните их Как развестись с мужем-нарциссом: 4 правила расставания — обязательно запомните их

Развод с нарциссом — непростое испытание

Psychologies
Почему мы набираем вес зимой и как этого избежать? Почему мы набираем вес зимой и как этого избежать?

Нужно ли нам запасать жир на зиму и как избежать зимней прибавки в весе

Правила жизни
Алиса Фрейндлих о Товстоногове, Рязанове и других легендарных коллегах Алиса Фрейндлих о Товстоногове, Рязанове и других легендарных коллегах

Алиса Бруновна вспомнила тех, с кем работала и была связана долгие годы

Караван историй
Как принимать решения в стрессовой ситуации: 3 подсказки Как принимать решения в стрессовой ситуации: 3 подсказки

Как научиться делать выбор в стрессовых ситуациях?

Psychologies
Сэм Бэнкман-Фрид и 10 других историй краха на миллиарды долларов Сэм Бэнкман-Фрид и 10 других историй краха на миллиарды долларов

Истории крупнейших падений в мире бизнеса ― от финансового краха до тюрьмы

Forbes
Украшение коллектива: чем опасны сексистские комплименты и как на них реагировать Украшение коллектива: чем опасны сексистские комплименты и как на них реагировать

Как комплимент превращается в проявление сексизма?

Forbes
Не воруют, не стремятся победить любой ценой, не используют затычки для ванны: историк и исследователь Японии Александр Мещеряков — о японцах Не воруют, не стремятся победить любой ценой, не используют затычки для ванны: историк и исследователь Японии Александр Мещеряков — о японцах

Что занимает умы жителей страны, в которой практически нет преступности?

Правила жизни
Преодолеть обстоятельства Преодолеть обстоятельства

«Радость преодоления» звучит как оксюморон, сочетание несочетаемого

Psychologies
9 самых популярных видов маникюра: уход, лечение и нейл-арт 9 самых популярных видов маникюра: уход, лечение и нейл-арт

Рассказываем об основных профессиональных видах ухода за ногтями

РБК
Открыть в приложении